目前仿人机器人腿部运动功能逐步完善,手臂作业能力快速发展,各种作业模式开始涌现。当前手臂运动研究主要集中在作业本身,大多数都是慢速作业,对作业时间没有太大要求,对手臂快速作业下的平衡稳定问题关注较少。但是,仿人机器人手臂执行快速动态作业运动时将对本体带来全方位时变大惯性冲击力和力矩,因此仿人机器人在执行快速动态作业时的平衡控制问题成为一个难以回避的重要研究课题。本文研究仿人机器人手臂快速作业下的平衡控制问题,研究工作主要包含以下几个方面：1)对仿人机器人手臂快速动态作业运动的冲击和稳定性进行了精确分析,归纳出快速动态作业的本质特征。手臂快速动态作业会给机器人本体带来六维时变大惯性冲击,将全方位考验机器人的作业稳定性,通过动力学分析初步掌握了手臂作业冲击的方向、幅度、特点和时变规律,为平衡控制的难度评估和维度选取提供了依据。通过稳定性分析提前把握了作业过程中的稳定裕量变化节律、趋势和危险区,揭示了动态作业的本质特征。2)提出了针对机器人双臂运动进行量身剪裁的分解动量控制算法,并应用于仿人机器人手臂快速动态作业的平衡控制问题,仿真结果验证了其平衡控制的有效性,该算法输出了平滑的辅助臂平衡运动,获得了充裕的ZMP稳定性,具有相当出色的实时性能。3)提出了从矩阵广义逆中实对称矩阵特征值奇异性的角度分析辅助臂关节超速现象的方法。分解动量控制算法在两维情况下维度选择不当时以及应用于高维情况时频繁出现辅助臂关节超速现象。经过深入分析揭示了分解动量控制算法中出现超速现象的本质原因,并指出了奇异性导致辅助臂关节超速现象在高维分解动量中的严重性、普遍性和固有性。4)提出了仿人机器人全面平衡的概念和算法实现,提出了六维动量变化率约束控制实现仿人机器人手臂快速动态作业全面平衡的方法。其中采用了离散化和凸二次规划方法约束控制最优化求解,一次性同时解决了平衡约束、辅助臂关节角速度和角加速度约束问题。仿真结果验证了通过六维动量变化率约束实现机器人本体六自由度全方位平衡稳定的可行性,得到了角度余量极大、角速度和角加速度不超限的辅助臂平衡运动,同时具有综合最优的六维动力学平衡性能,获得了较大的ZMP稳定性裕量,具有较好的实时性能。